Разработан алгоритм расчета свойств молекул на квантовом компьютере с учетом воздействия шумов

Сегодня эксперты пытаются найти способы использования существующих квантовых процессоров для решения некоторых проблем, несмотря на ограничения из-за ошибок или «шума», т.к. полноценных квантовых компьютеров с исправлением ошибок можно ждать ни одно десятилетие.

Одним из предполагаемых применений таких компьютеров является моделирование молекулярных свойств. В долгосрочной перспективе это может привести к успехам в улучшении свойств материалов и открытию новых лекарств. Но не с такими «шумными» расчетами как сейчас, которые искажают результаты исследований.

Но команда исследователей химии и физики из политехнического института Вирджинии (Virginia Tech) разработала определенную методологию квантового моделирования. Разработав при этом алгоритм, который может более эффективно вычислять свойства молекул на шумном квантовом компьютере. Члены факультета Естественных наук Технического отделения Эд Барнс, София Эконому и Ник Мэйхолл опубликовали результаты исследования в статье Nature Communications, в которой подробно описывается полученный прогресс.

Ожидается, что квантовые компьютеры смогут выполнять определенные виды вычислений гораздо более эффективно, чем «классические» компьютеры, используемые сегодня. Однако, они похожи на классические компьютеры тем, что они используют алгоритмы, применяя последовательности логических вентилей (в данном случае «квантовых вентилей»), которые вместе образуют квантовые схемы - к битам информации. Для современных шумных квантовых компьютеров проблема заключается в том, что в цепи накапливается столько шума, что вычисления ухудшаются со временем с какого-то момента времени любые последующие вычисления становятся неточными. Ученые столкнулись с трудностями при разработке схем, которые были бы меньше и давали более точные результаты вычислений.

Команда Вирджинии решила эту проблему, разработав метод, который итеративно увеличивает схему.

«Мы начинаем с минимальной схемы, а затем увеличиваем ее, добавляя логические элементы, обрамляющие схему меньшего размера, пока компьютер не найдет решение», - пояснил Мейхолл, доцент кафедры химии.

Вторым важным преимуществом алгоритма является то, что Барнс, Эконому и Мэйхолл разработали его для адаптации на основе моделируемой молекулярной системы. Различные молекулы будут формировать свои собственные схемы, специально разработанные для них.

Междисциплинарное сотрудничество между отделениями химии и физики Virginia Tech, а также командой аспирантов и докторантов обоих факультетов - получило гранты от Национального научного фонда и Министерства энергетики США на общую сумму более 2,8 млн. долларов.

Virginia Tech и IBM недавно установили партнерские соглашения, согласно которым, последние предоставляют исследователям доступ к аппаратному обеспечению IBM для квантовых вычислений.

«Наша команда в Virginia Tech очень рада проделанным шагам работе», - сообщила Эконому, доцент кафедры физики, - которая адаптирует созданный командой алгоритм для работы на процессорах IBM.

Пояснения к некоторым изображениям из статьи:

Оригинал статьи

Источник: m.vk.com

Комментарии: